JPS62298114A - 電子ビ−ム露光装置におけるマ−ク位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ＬＳＩ（大規模集積回路）等の製造時
の電子ビーム露光装置におけるマーク位置検出装置に係
り、特に、高精度でマーク位置を検出することができる
マーク位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

電子ビーム露光装置は、マスクやウェハに微細パターン
を露光するものであり、例えば直接描画の場合、ウェハ
の所定位置に正確にパターンを重ねて描画する必要があ
る。そのため、例えば第４図（ａ’）に示すように、位
置合わせ用のマーク２を予めウェハ面に段差状に形成し
、電子ビーム１でマーク２を含むウェハ面を走査し、こ
の走査によりマークおよびウェハ面より放出される反射
電子等の強度をマーク信号として検出し、検出したマー
ク信号からマーク位置を求め、このマーク位置を基準と
して描画を行う方法が採用されている。

高精度でマーク位置を検出する方法として、例えば特開
昭５９−２２２９３０号公報に示されるように、マーク
信号の極大および極小のピーク位置を検出し、これに基
づいてマークエツジデータを取り込む区間を設定する方
法がある。以下、第４図により従来のマーク位置検出方
法を説明する。

電子ビーム１で、マーク２が形成されたウェハ面を左か
ら右方向に走査した時、ウェハ面から放出される反射電
子信号を検出器で検出すると、例えば第４図（ｂ）に示
す波形をもつマーク信号が得られる。このマーク信号に
対し適当なしきい値Ｌｏを設定して処理すると、第４図
（Ｃ）に示す２値化信号を得る。一方、ビーム走査開始
と同時に、ビーム走査クロックパルスをカウンタで計数
し、前記の２値化信号の変化のタイミングで計数値Ｐ、
、Ｐつを読み取る〔第４図（ｄ）〕。ここで、ＰＪＺ＊
Ｐｍはマークのエツジ位置データであり、（Ｐｔｈ−Ｐ
ｍ）／２をマーク位置としている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来方法には次のような問題点があった。すな
わち、（ｂ）に示すマーク信号波形は常に一定であると
いう訳ではなく、実際には、プロセスを経る毎に例えば
（ｅ）に示すようにひずみを生じたり雑音信号が混入し
たりして波形が複雑に変化するのが通常である。このよ
うな場合には、偽りのエツジ位置データが第４図（ｆ）
に示すように数多く発生することになり、算出されたマ
ーク位置には大きな誤差が生じ、結果として描画精度が
著しく低下してしまうという問題があった。

従来多くの場合、上記のような決定的障害を避けるため
に、標準のエツジデータ数を予め設定しておき、そして
、実際に検出されたエツジデータの数が設定標準値と一
致していれば、正しいエツジデータであると判定し、こ
れに基づいて、マーク位置を算出するようにしていた。

プロセスの過程あるいは雑音の混入などの原因によって
第４図（ｅ）に示すように、例えばマーク信号の底辺の
１部が上にもち上ってしまうと、しきい値Ｌ’Ｏを何度
もよぎってしまうため、多数個のエツジを検出する結果
、設定＃Ａ準値を越えてしまうことは明白である。すな
わち、従来方法では、有効なマークが限定されることに
なり、ウェハへの描画率、いわゆる歩留り、を低下させ
てしまうという問題点があった。さらにまた、マーク検
出不能または検出エラーと判断できるのは、マーク検出
動作が完了した後であるから、この分だけ無駄なマーク
検出時間が消費されることになり、実質的なスループッ
ト低下の一因となっていた。上述した問題のことごとく
は、マーク信号波形に真のエツジ情報があるにもかかわ
らず、マーク信号波形に雑音が含まれていたり、波形に
ひずみが生じていたりするためである。

本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解決し
、マーク信号波形の中から、真にマークエツジ部を示す
部分と、そうでない部分とを区別することで真のマーク
エツジ部を高精度に選択することを可能とする電子ビー
ム露光におけるマーク位置検出装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、上記目的を達成するために、マーク信号が
しきい値をよぎり、かつ、マーク信号の波高値が所定の
大きさ以上であったならば、しきい値をよぎった時点の
荷電粒子ビーム位置を求めるように構成する。望ましい
実施例においては、マーク信号に対して少なくとも３つ
のしきい値Ｌ０、　Ｌｔｔ　Ｌ２を大小関係がＬ　ｔ　
＞　Ｌ　ｏ　＞　Ｌ　２となるように設定する手段と、
マーク信号がしきい値り。をよぎる毎にその時点の電子
ビーム位置データを一時保持する手段と、マーク信号が
しきい値Ｌｏを通過して引き続きしきい値Ｌ１をよぎっ
た時点およびしきい値り、を通過して引き続きしきい値
Ｌ２をよぎった時点にそれぞれ上記一時保持された電子
ビーム位置データをマーク位置データとして取り出す手
段とを備えた構成とする。

〔作用〕

本発明では、真のマークエツジ部に相当するマーク信号
波形の波高値の大きさは第４図（ｂ）。

＜ｅ＞に示したように大きいことに着目し、波高値の大
きさが所定の大きさ以上でしきい値をよぎった時の信号
を位置信号として検出する。このための具体例としては
第１図（、）に示すように、従来のマークエツジを抽出
するためのしきい値ＬＯの他に、しきい値り、、Ｌ２を
設定する。そして、マーク信号がしきい値Ｌ１をよぎっ
たならば１例えば第一のフリップフロップ（以下ＦＦと
略称）をセットし、次にしきい値Ｌ２をよぎった時に上
記ＦＦをリセットする。この結果、第一のＦＦ出力は第
１　（ｂ）のようになる。一方、しきい値Ｌｏに基づい
て検出されるマークエツジデータ、すなわち、ビーム走
査クロック・パルスの計算値は第１図（ｃ）に示すよう
に時刻の経過と伴にＰＪＺＩＰＸ・・・・・・ＰＴｎの
ように変化する。

本発明においては、第１図（ｃ）のマークエツジデータ
をレジスタに一時的に格納する〔第１図（ｄ）は格納さ
れたエツジデータを示す〕。次に、第１図（ｃ）におい
て、マーク信号がしきい値ＬＯをよぎった時点に第二の
ＦＦをセットする。

この第二のＦＦは、マーク信号がり、を通過した後、引
き続きしきい値り、あるいはＬ２をよぎつた時点にリセ
ットされる。このようにすることで、第二のＦＦの出力
は第１図（ｅ）のようになる。

さて、レジスタ一時的に格納された、偽りエツジを含む
エツジデータは、前記のように、第１図（ｄ）のとおり
である。そこで、第１図（ｅ）に示した、第二のＦＦの
出力レベルが「１」から「０」に立下る時点に、レジス
タに一時保持された内容を取り出してメモリに書き込む
と、第１図（ｆ）のようになる。すなわち、雑音や波形
ひずみによる偽りエツジデータは完全に取り除かれ、真
のエツジデータＰ　Ｊ２　＋　Ｐ　Ｔｎが抽出されるこ
とになる。又、波高値が所定の大きさ以上であるか否か
を検出するためには上述のレベル検出の他に、マーク信
号を微分することによって検出することも可能である。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第２図、第３図により説明す
る。第２図は装置のブロック構成図、第３図は本発明に
おいて設定される３つのしきい値Ｌｏｗ　Ｌｌｌ　Ｌ２
とマーク信号との関係例を示す図で、（ａ）はマーク信
号が上方に向って凸状のもの、（ｂ）、（ＣＬ　（ｄ）
は下方に向って凸状のものを示している。なお、以下の
実施例では第３図（ａ）のマーク信号波形に対するマー
ク検出の場合を想定している。

第２図において、１　ｉ、を電子ビーム、２は試料３の
面上に形成されたマークである。６は制御回路で、計算
機１０からの描画開始指令に基づいて、ビームオン・オ
フ回路２５を制御し、試料３に対し、電子ビームｌを照
射すると共に、電子ビーム１を予め指定された走査開始
点と走査ピッチおよび走査距離に従って偏向を開始する
。信号検出器１１はマーク２が形成されている試料面か
らの反射電子を検出し、検出さ九たマーク信号はＡＧＣ
（自動利得制御）回路４、ＡＬＣ（自動レベル制２ａ）
回路５で、振幅・オフセットレベルが一定となるよう制
御される。一定に制御されたマーク信号はＡ／Ｄコンバ
ータ１２でディジタル・コードに変換される。

Ａ／Ｄコンバータ１２の出力は、しきい値り。

設定回路１３、しきい値し、設定回路１４、しきい値Ｌ
２設定回路１５にそれぞれ導入される。しきい値Ｌｎ、
Ｌ＋、Ｌｚの設定は次のように行われる。電子ビーム１
を例えばマーク２を含む部分の左端から右端に向って走
査することで得られるマーク信号波形の最大レベル値を
Ｅｐｋとし、最小レベル値をＥｎｌ’ｌとして、（ＥＰ
ｂ　　Ｅｎｓ）／２を求めてこれをしきい値Ｌｎとし、
最大レベル値Ｅｐｋよりは小さく、Ｌｏより大きい任意
の直流レベルをしきい値し、とし、最小レベル値Ｅｏｓ
よりは大きく、Ｌｏよりは小さい任意の直流レベルをし
きい値Ｌ２として設定する。以上のＬｎ＝Ｌ＋、Ｌｚの
設定は、第３図（ａ）のマーク信号波形を想定してその
しきい値設定の実施例を示したが、第３図（ｃ）、（ｄ
）のようにマーク信号波形が下方に向って凸状で、しか
も波形ひずみを生じているものに対しては、しきい値し
。。

Ｌ、の設定を、前記電子ビームを左端から右端まで走査
して得られるマーク信号の最小値よりは大きく、Ｌｏよ
りは小さい任意の直流レベルをＬ２とし、上記マーク信
号のオフセットレベルより大きい任意の直流レベルをＬ
ｌとして設定すればよい。

さて、しきい値Ｌｏ設定回路１３で設定されたしきい値
Ｌｏは次段のコンパレータ１６の片方の入力側に入力さ
れ、コンパレータ１６の他方の入力画にはＡ／Ｄコンバ
ータ１２の出力が入力されている。これにより、Ａ／Ｄ
コンバータ１２の出力は、すなわちマーク信号は、しき
い値Ｌｏでもって２値化される。この２値化さ九た信号
は微分回路２１で微分される。すなわち、マーク信号が
しきい値し。をよぎる毎に、微分回路２１の出力線３０
にはパルス信号が出現する。ところで、制御回路６は、
電子ビーム１を１ステツプ偏向する毎にカウンタ７にク
ロックパルスを与えており、このカウンタ７の出力はレ
ジスタ８のデータ入力端子に加えられている。一方、微
分回路２１の出力線３０の一部はレジスタ８のライトス
トローブ入力端子に接続されている。従って、出力線３
゜にパルス信号が発生すると、カウンタ７の内容がレジ
スタ８にラッチさ九ることになる。すなわち。

第３図（ａ）に示したＰ２であり、マークのエツジ部デ
ータに対応する。

一方、しきい値Ｌ１．Ｌ２は、それぞれの設定回路１４
．１５の出力線３１．３２を経て、それぞ九片方の入力
側にＡ／Ｄコンバータ１２の出力が接続されているコン
パレータ１７，１８に入力され、これらの各コンパレー
タ出力はフリップ・フロップ（以下ＦＦと記す）１９の
セット、リセット端子に接続されている。従って、いま
、Ａ／Ｄコンバータ１２の出力レベルが出力線３１のレ
ベルＬ１よりも大きくなるとコンパレータ１７は反転し
、ＦＦ１９をセットする。ＦＦ１９の出力に変化が生じ
たことにより、微分器２４が動作し。

出力線３３にパルス信号が生じる。さて、前述したエツ
ジ部を見つけたことを示す、つまり、マーク信号がしき
い値Ｌｏをよぎったことを示す、出力！３０のパルス信
号はＦＦ２２をセットするように作用し、従って、ＦＦ
２２の出力線３４は”　１　”レベルとなっている。こ
のため、ＡＮＤゲート２６の間入力端は共に″１１ｎレ
ベルとなり、この結果、出力線３５上に、メモリ９に対
し、レジスタ８のデータを書き込む指令信号となるライ
トパルスが生じる。これにより、第４図（、）のＰ２が
メモリ９に書き込まれる。

また、出力線３３上のパルス信号は遅延回路２３で遅延
され、メモリ９がデータを書き込むのに要する時間だけ
持った後、ＦＦ２２をリセットする。

このようにして電子ビーム１の走査が進行し、マーク信
号の大きさが出力線３１のレベルＬ、よりも小さくなる
と、コンパレータ１７の出力は反転し、ＩＩ　０１４　
レベルになるが、ＦＦ１９はエツジトリガータイプであ
るためＦＦ１９の出力は“″１″レベルのままであり、
微分回路２４の出力線３３にはパルス信号の発生がなく
、従って、メモリ９へのライトストローブは発生せず、
この結果、例えば雑音によってコンパレータ１６が動作
してレジスタ８に偽りのマークエツジデータが保持され
たとしても、このマークデータがメモリ９に取り込まれ
ることはない。

さらに電子ビームの走査が進行し、マーク信号の大きさ
が小さくなると、しきい値り、をよぎる時点にコンパレ
ータ１６の出力が反転し、微分回路２１の出力線３０に
パルス信号が発生し、第３図（、）のＰｍに対応するマ
ークエツジデータを見い出し、これがレジスタ８に保持
されるが、このとき、出力線３３は″゛０″０″レベル
であるので、メモリ９には書き込まれない。走査の進行
により、マーク信号の大きさがさらに小さくなり、やが
てしきい値し２設定回路１５の出力線３２のレベルＬ２
よりも小さくなると、コンパレータ１８が動作し、ＦＦ
１９がリセットする。このＦＦ１９の出力の変化に伴い
、微分器２４は出力線３３上にパルス信号を生じさせる
。この時、ＦＦ２２はセット状態にあって、出力線３４
のレベルは１１１７Ｈになっているから、ＡＮＤゲート
２６の出力線３５にライトパルスが生じ、レジスタ８に
一時保持されているマークエツジデータ〔第３図（ａ）
のＰ□〕がメモリ９に書き込まれる。なお、゛メモリ９
のアドレスは、出力線３５のライトパルスによってイン
クリメントされるアドレスカウンタ２７によって設定さ
れる。

このようにして、電子ビームの走査が進行し、やがて、
マーク右端部までの走査が終了すると、制御回路６は、
その出力線３６にリセットパルスを生じさせ゛る。この
結果、カウンタ７、ＦＦ２２゜ＦＦ１９は、それぞれリ
セットされ、イニシャライズされる。その後、制御回路
６は、電子ビーム１を再び走査開始点に移動し、上記操
作を必要な回数だけ繰返す。

なお、第２図実施例回路の動作説明では、説明を簡単に
するため、マーク信号波形としては第３図（ａ）の波形
を想定し設定される３つのしきい値Ｌ０、Ｌ１＋Ｌ２の
大小関係はＬ　ｏ　＞　Ｌ　１　＞Ｌ２であるとして説
明してきたが、マーク信号波形は第３図（ｂ）、（ｃ）
、（ｄ）に示すような下方に凸状に変化する場合にも、
実施例の場合と同様に真のマークエツジデータＰ’Ｊ’
、ｔＰｍだけを抽出可能である。

また、本発明の実施例では、ハードウェアで構成した場
合を例にとって説明したが、ソフトウェア処理によって
も同様に動作させ、同様効果を生じさせることができる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、例えば第３図（
ａ）〜（ｄ）に示した、ことととくのマーク波形信号に
対して、正確にマークエツジ部（第３図のＯ印を付した
部分）のみを検出することが可能となり、これは、従来
方式によるマーク位置検出に比べて、（１）マーク位置
検出の精度が向上する、　（２）マーク検出エラーが生
じないことにより描画の歩留りが向上し、さらには実質
的なスルーブツトが向上する、等の顕著な効果を発揮す
る。

なお、本発明は、電子ビーム露光装置におけるマーク検
出に限られるものではなく、集積回路パターンの線幅を
電子ビームで；同定する、いわゆる、測長装置にも適用
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の検出原理を説明する図、第２図は本発
明の一実施例のブロック構成図、第３図は本発明の詳細
な説明する図、第４図は従来のマーク検出方法とその問
題点を説明する図である。 １３．１４．１５・・・しきい値設定回路、１６゜１７
．１８・・・コンパレータ、１９，２２・・・フリップ
フロップ、２１．２４・・・微分回路、２３・・・遅延
回２各。 茅１目 （子）　　　１１１丁上イ■）戸［］。 ￥４目 ｆ’ｌ　　　　ｆ’−Ｐｎ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マークを電子ビームで走査することによって、該マ
   ークから発生する反射電子もしくは二次電子信号等を検
   出する手段と、該マーク検出手段により検出されたマー
   ク信号を所定のレベルのしきい値と比較して、該マーク
   信号が該しきい値をよぎった時点の電子ビーム位置を求
   める処理手段とを具備して、前記マークの位置検出を行
   なうようにしたマーク位置検出装置において、前記マー
   ク信号が上記しきい値をよぎりかつ、マーク信号の波高
   値が所定の大きさ以上であったならば、しきい値をよぎ
   った時点の荷電粒子ビーム位置を求めるように構成した
   ことを特徴とする電子ビーム露光装置におけるマーク位
   置検出装置。 ２、前記マーク信号に対して少なくとも３つのしきい値
   Ｌ＿０、Ｌ＿１、Ｌ＿２を大小関係がＬ＿１＞Ｌ＿０＞
   Ｌ＿２となるように設定する手段と、マーク信号がしき
   い値Ｌ＿０をよぎる毎にその時点の電子ビーム位置デー
   タを一時保持する手段と、マーク信号がしきい値Ｌ＿０
   を通過して引き続きしきい値Ｌ＿１をよぎった時点およ
   びしきい値Ｌ＿０を通過して引き続きしきい値Ｌ＿２を
   よぎった時点にそれぞれ上記一時保持された電子ビーム
   位置データをマーク位置データとして取り出す手段とを
   備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   子ビーム露光装置におけるマーク位置検出装置。 ３、前記しきい値Ｌ＿０、Ｌ＿１、Ｌ＿２が、初回の電
   子ビーム走査で得られるマーク信号波形の最大レベル値
   をＥ＿ｐ＿ｋ、最小レベル値をＥ＿ｏ＿ｓとして（Ｅ＿
   ｐ＿ｋ−Ｅ＿ｏ＿ｓ）／２をしきい値Ｌ＿０とし、最大
   レベル値Ｅ＿ｐ＿ｋより小さい任意の直流レベルをしき
   い値Ｌ＿１とし、最小レベル値Ｅ＿ｏ＿ｓよりは大きい
   任意の直流レベルをしきい値Ｌ＿２として設定したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子ビーム露
   光装置におけるマーク位置検出装置。